Az immunválasz komplex szabályozása magában foglalja az neuroendokrin rendszer szoros kapcsolatát az immunrendszerrel. E rendszerek meglepően hasonló elven, egymásra épülő hálózatok révén működnek. Az immun- és az idegrendszer között kétoldalú szabályozási kapcsolat áll fenn, a két rendszer kölcsönösen használja a másik rendszer mediátorait. A neuroimmun moduláció lényege éppen ez a kétirányú kommunikáció, mely eredményeképpen egyensúlyban lévő állapot alakul ki az immunrendszer és az idegrendszer között. Az idegrendszer elsősorban hormonális (neuroendokrin) és neurális (vegetatív idegrendszer, opioidok, neuropeptidek) úton hat az immunválaszra. Az immunrendszer szervei (pl. a thymus és a lép) innerváltak, és neuroendokrin hormonok hatnak több ponton is az immunrendszerre. Ugyanakkor a neuroendokrin sejtek, szövetek (elsősorban nem-antigénspecifikus) immunológiai hatások alatt állnak: az immunológiai mediátorok, citokinek számára célpontot jelentenek a központi idegrendszer és a perifériás neuroendokrin szövetek, ahol jelentős lokális immunválasz zajlik le. A stresszválasz során a hypothalamus–hypophysis–mellékvese tengely és az autonóm idegrendszer aktiválódik, és koordinálja azokat a viselkedési, metabolikus és immunválasz változásokat, melyek a szervezet homeostasisát helyreállítják. Fertőzés során a keringésbe került citokinek az agyon keresztül szintén e két rendszert aktiválják, mely egy negatív visszacsatolással a bolygóidegen (n. vagus) keresztül gátolja a gyulladásos választ, azaz szintén a homeostatis szabályozásban vesz részt.